概述

不知從何時(shí)起，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算……等一大批概念詞匯流行起來(lái)，占領(lǐng)著各大 IT 網(wǎng)站。不能把這三個(gè)語(yǔ)匯獨(dú)立來(lái)看，而是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)體系化建設(shè)的三個(gè)方面。物聯(lián)網(wǎng)以智能傳感器為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)，對(duì)大量傳感器的實(shí)時(shí)感知和控制必然會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，而對(duì)特定行業(yè)的這些數(shù)據(jù)集合進(jìn)行數(shù)學(xué)模型分析必然會(huì)產(chǎn)生具有現(xiàn)實(shí)的價(jià)值。

一個(gè)體系三個(gè)方面

大公司都在爭(zhēng)奪制高點(diǎn)，大數(shù)據(jù)、云服務(wù)、各種標(biāo)準(zhǔn)……，做這些事情都很有意義。在大家都去占領(lǐng)大腦的時(shí)候，難道腳就不重要了嘛？顯然不是，應(yīng)該是同等重要。不少公司對(duì)于基礎(chǔ)物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)也是很頭痛的一件事，這是系統(tǒng)體系化建設(shè)的根基，特別是工業(yè)領(lǐng)域。所以針對(duì)現(xiàn)階段物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中高可用、高擴(kuò)展性通訊框架的應(yīng)用有很大現(xiàn)實(shí)意義和發(fā)展空間。

認(rèn)清物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)困難的前提是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的認(rèn)知，有些特定行業(yè)都根本不具備物聯(lián)的基礎(chǔ)條件，也更談不上物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)，相反也證明物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展會(huì)有廣闊的市場(chǎng)空間；也有很多具備物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)的基礎(chǔ)，但是條件比較落后，底子比較薄，現(xiàn)實(shí)面臨四個(gè)多樣性的困難：設(shè)備多樣性、協(xié)議多樣性、通訊機(jī)制多樣性、數(shù)據(jù)多樣性。這就是我們面臨的問(wèn)題，但是面對(duì)結(jié)構(gòu)化的多樣性問(wèn)題，要用結(jié)構(gòu)化的手段或框架來(lái)解決，這是各方面得到保障的前提。

四個(gè)多樣性

大公司都在搞云平臺(tái)、協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)……，當(dāng)然其有資本和實(shí)力，對(duì)于他們來(lái)說(shuō)，養(yǎng)這么多人，反而成本是最低的。他們奉行一流企業(yè)定標(biāo)準(zhǔn)，用這種思維模式去整合資源，競(jìng)爭(zhēng)比的就是占領(lǐng)資源的多少。我們認(rèn)真考慮一下，對(duì)于傳統(tǒng)企業(yè)來(lái)講，生存本來(lái)就很困難，他們有能力在很短的時(shí)間內(nèi)完全統(tǒng)一更新?lián)Q代嘛？！參加上海工業(yè)博覽會(huì)，也進(jìn)行了市場(chǎng)調(diào)查，這是不現(xiàn)實(shí)的。我們?cè)僬J(rèn)真考慮一下，用框架性的東西去解決設(shè)備多樣性、協(xié)議多樣性、通訊機(jī)制多樣性、數(shù)據(jù)多樣性的問(wèn)題，在物聯(lián)網(wǎng)和集成系統(tǒng)的建設(shè)中是否也是整合資源的一種手段？先解決企業(yè)互聯(lián)監(jiān)控的問(wèn)題，再解決企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的問(wèn)題，這樣是否也是一種思維模式？是的，我們就先這樣干！

不同方式的整合資源

曾接觸過(guò)上海一家公司，有專人負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)層的數(shù)據(jù)采集，有專人負(fù)責(zé)服務(wù)（云）端的對(duì)接，不太穩(wěn)定、經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題。解決細(xì)節(jié)問(wèn)題，不能用細(xì)節(jié)的思維方式去解決，而是要有更廣闊的思維、結(jié)構(gòu)化思路才能夠徹底的、更好的解決問(wèn)題。網(wǎng)關(guān)層、服務(wù)端是否可以使用同一套框架？并且框架之間是否可以無(wú)縫對(duì)接？如果可以實(shí)現(xiàn)，應(yīng)用同一套框架，開(kāi)發(fā)效率會(huì)提高，用人成本和時(shí)間成本會(huì)降低。好的組織結(jié)構(gòu)、好的框架要解決效率和成本的問(wèn)題，否則沒(méi)有任何價(jià)值。

降本增效

ServerSuperIO就是以這樣的一種思維方式演變而來(lái)，ServerSuperIO不僅僅是通訊框架，否則它和任何其他的通訊框架沒(méi)有任何區(qū)別，也不具備現(xiàn)實(shí)意義。ServerSuperIO是一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)框架，首先是以設(shè)備（傳感器）為核心構(gòu)建的框架，設(shè)備（傳感器）的協(xié)議無(wú)關(guān)性，可以隨意掛載設(shè)備驅(qū)動(dòng)在框架下運(yùn)行。所以ServerSuperIO本質(zhì)上協(xié)調(diào)設(shè)備驅(qū)動(dòng)（協(xié)議）、IO通道（COM和NET）、運(yùn)行機(jī)制（模式）之間的協(xié)調(diào)機(jī)制，使之無(wú)縫結(jié)合、運(yùn)行?？蚣芫邆淙缦绿攸c(diǎn)：

• 輕型高性能通信框架，適用多種應(yīng)用場(chǎng)：輪詢模式、自控模式、并發(fā)模式和單例模式。

• 支持協(xié)議驅(qū)動(dòng)器，可以按規(guī)范寫(xiě)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議和自定義協(xié)議。

• 支持發(fā)送數(shù)據(jù)緩存器，支持命令緩存重發(fā)和按優(yōu)先級(jí)別發(fā)送。

• 支持協(xié)議過(guò)濾器，按規(guī)則篩選數(shù)據(jù)，并且可以承繼接口，自定義過(guò)濾方式。

• 支持接收數(shù)據(jù)緩存器，可以緩存不符合過(guò)濾器的數(shù)據(jù)，和下次接收數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接。

• 支持按設(shè)備命令優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行調(diào)度設(shè)備，保證有高級(jí)別命令的驅(qū)動(dòng)及時(shí)發(fā)送。

• 支持一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，同時(shí)支持串口和網(wǎng)絡(luò)兩種通訊方式，可以監(jiān)視IO通道數(shù)據(jù)。

• 支持一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，在網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)可以支持TCP Server和TCP Client兩種工作模式。

• 支持多設(shè)備共享同一IO通道進(jìn)行通訊。

• 支持定時(shí)清理超時(shí)的網(wǎng)絡(luò)IO通道。

• 支持顯示視圖接口，滿足不同人機(jī)對(duì)話的需求。

• 支持服務(wù)組件接口，例如：4-20mA輸出、LED大屏顯示、短信服務(wù)、以及多功能網(wǎng)關(guān)服務(wù)。

• 設(shè)備驅(qū)動(dòng)與設(shè)備驅(qū)動(dòng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)與服務(wù)器（云端）可以實(shí)時(shí)雙向交互，上傳數(shù)據(jù)和指令下發(fā)。

• 支持OPC Server服務(wù)。

• 支持創(chuàng)建多服務(wù)實(shí)例，完成不同業(yè)務(wù)的拆分。

• 支持跨平臺(tái)部署，可以運(yùn)行在Linux和Windows系統(tǒng)。

通訊機(jī)制

有些網(wǎng)友認(rèn)為通訊很簡(jiǎn)單，打開(kāi)連接之后發(fā)送、接收數(shù)據(jù)就可以了。但是把復(fù)雜的情況考慮全面，并非易事。對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集框架，通訊部分始終是軟件的核心，要求高實(shí)時(shí)性、高穩(wěn)定性、高擴(kuò)展性。軟件框架決定了軟件運(yùn)行的穩(wěn)定性，以及以后的擴(kuò)展性，所以需要對(duì)通訊機(jī)制、控制方式進(jìn)行良好的設(shè)計(jì)。

所以決定了軟件框架在通訊方面有兩種應(yīng)用方式：主動(dòng)請(qǐng)求和被動(dòng)接收。

主動(dòng)請(qǐng)求方式又可以稱之為呼叫應(yīng)答方式或主從方式。也就是說(shuō)，主動(dòng)權(quán)在軟件框架端，只有軟件框架主動(dòng)發(fā)送請(qǐng)求命令，從機(jī)（硬件設(shè)備、傳感器等）接收到命令后并且檢驗(yàn)數(shù)據(jù)的完整性，以及確定是否發(fā)給自己的命令，校驗(yàn)成功后，返回指定的數(shù)據(jù)信息，完成一次完整的鏈路通訊過(guò)程。呼叫應(yīng)答通訊方式，如圖5所示：

呼叫應(yīng)答通訊方式

被動(dòng)接收方式是軟件框架實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)IO通道，只要有數(shù)據(jù)信息就會(huì)提取出來(lái)，進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，檢驗(yàn)成功后，分析、處理、保存數(shù)據(jù)信息。例如設(shè)備、傳感器等定時(shí)發(fā)送狀態(tài)數(shù)據(jù)。這種通訊方式，如下圖：

被動(dòng)接收方式

在復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景中，這兩種通訊方式都有可能存在，此類情況一般是采用以太網(wǎng)鏈路進(jìn)行通訊。針對(duì)只有外接串口的設(shè)備可以通過(guò)以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換模塊來(lái)接入。

輪詢通訊機(jī)制

這是框架最早的運(yùn)行模式，串口和網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)都可以使用這種控制模式。當(dāng)有多個(gè)設(shè)備 連接到通訊平臺(tái)時(shí)，通訊平臺(tái)會(huì)輪詢調(diào)度設(shè)備進(jìn)行通訊任務(wù)。某一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備發(fā)送請(qǐng)求命令、等待接收返回?cái)?shù)據(jù)，這個(gè)設(shè)備完成發(fā)送、接收（如果遇到超時(shí) 情況，則自動(dòng)返回）后，下一個(gè)設(shè)備才進(jìn)行通訊任務(wù)，依次輪詢?cè)O(shè)備。

應(yīng)用場(chǎng)景是這樣的，服務(wù)端與設(shè)備進(jìn)行通訊遵循呼叫應(yīng)答的方式，也就是IO可用的情況下，服務(wù)端先發(fā)起通訊命令請(qǐng)求，設(shè)備根據(jù)命令信息，檢驗(yàn)通過(guò)后返回?cái)?shù)據(jù)給服務(wù)端。這種通訊模式很好理解，每個(gè)設(shè)備的通訊都遵循排隊(duì)的原則。但是如果某個(gè)設(shè)備的命令需要及時(shí)發(fā)送，怎么辦？ServerSuperIO框架是支持設(shè)備優(yōu)先級(jí)別調(diào)度的，例如：對(duì)某個(gè)設(shè)備要進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測(cè)，需要連續(xù)發(fā)送命令，那么就需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行高級(jí)別設(shè)置，發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)命令。

通訊結(jié)構(gòu)如下圖：

并發(fā)通訊機(jī)制

網(wǎng)絡(luò)通訊的情況下，輪詢模式顯然效率比較低，那么可以采用并發(fā)模式。并發(fā)通訊模式是集中發(fā)送給所有設(shè)備請(qǐng)求指令，框架是采用循環(huán)同步方式發(fā)送請(qǐng)求命令給每個(gè)IO通道對(duì)應(yīng)的設(shè)備，當(dāng)然也可以采用并行異步方式集中發(fā)送請(qǐng)求命令。硬件設(shè)備接收到指令后進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后返回對(duì)應(yīng)指令的數(shù)據(jù)，通訊平臺(tái)異步監(jiān)聽(tīng)到數(shù)據(jù)信息后，進(jìn)行接收操作，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的分發(fā)、處理等。

那么這里就涉及到IO通道接收到的數(shù)據(jù)是異步接收的，如何才能和設(shè)備驅(qū)動(dòng)匹配上（把數(shù)據(jù)分發(fā)到設(shè)備驅(qū)動(dòng)上），這是能過(guò)DeviceCode和DeviceIP兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)的。DeviceCode可以是設(shè)備地址或是設(shè)備編碼，DeviceIP是預(yù)先設(shè)置好的參數(shù)，要求終端設(shè)備的IP地址是固定的。

通訊結(jié)構(gòu)如下圖：

自控通訊機(jī)制

只有網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)可以使用這種控制模式。自控通訊模式與并發(fā)通訊模式類似，區(qū)別在于發(fā)送指令操作交給設(shè)備驅(qū)動(dòng)本身進(jìn)行控制，或者說(shuō)交給二次開(kāi)發(fā)者，二次開(kāi)發(fā)者可以通過(guò)時(shí)鐘定時(shí)用事件驅(qū)動(dòng)的方式發(fā)送指令數(shù)據(jù)。硬件設(shè) 備接收到指令后進(jìn)行校驗(yàn)，校驗(yàn)成功后返回對(duì)應(yīng)指令的數(shù)據(jù)，通訊平臺(tái)異步監(jiān)聽(tīng)到數(shù)據(jù)信息后，進(jìn)行接收操作，然后再進(jìn)行數(shù)據(jù)的分發(fā)、處理等。

自控通訊模式可以為二次開(kāi)發(fā)者提供精確的定時(shí)請(qǐng)求實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)機(jī)制，使通訊機(jī)制更靈活、自主，如果多個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)共享使用同一個(gè)IO通道的話，時(shí)間控制會(huì)有偏差。

同樣涉及到數(shù)據(jù)的分發(fā)，和并發(fā)模式一樣。

通訊結(jié)構(gòu)如下圖：

單例通訊機(jī)制

只有網(wǎng)絡(luò)通訊時(shí)可以使用這種控制模式。在一個(gè)服務(wù)實(shí)例內(nèi)只能有一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)著N多個(gè)硬件設(shè)備終端。更適合通訊的數(shù)據(jù)協(xié)議有固定的標(biāo)準(zhǔn)，以命令關(guān)鍵字處理不同的數(shù)據(jù)。適用于高并發(fā)的硬件終端設(shè)備主動(dòng)上傳數(shù)據(jù)，服務(wù)器端根據(jù)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行處理和返回相應(yīng)的數(shù)據(jù)。 通訊結(jié)構(gòu)如下圖：

“傳感器”驅(qū)動(dòng)的插件化應(yīng)用

插件技術(shù)是在軟件的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)過(guò)程中，將整個(gè)應(yīng)用程序劃分為宿主程序和插件對(duì)象兩部分，宿主程序能夠調(diào)用插件對(duì)象，插件對(duì)象能夠在宿主程序上實(shí)現(xiàn)自己的邏輯，而兩者的交互基于一種公共的通信契約。宿主程序可以獨(dú)立于插件對(duì)象存在，即使沒(méi)有任何插件對(duì)象，宿主程序的運(yùn)行也不受影響，因此，我們可以在避免改變宿主程序的情況下通過(guò)增減插件或修改插件的方式增加或調(diào)整功能。由于使用了插件技術(shù)的宿主程序具備了一個(gè)框架的本質(zhì)特征，因此可以將它看作是一種插件式框架。插件式框架能夠有效地降低功能對(duì)象與對(duì)象管理邏輯之間的耦合程度，并將耦合置于最優(yōu)的程度。

一個(gè)框架使用插件機(jī)制的原因主要基于以下3點(diǎn)：

• 可以在無(wú)需對(duì)程序進(jìn)行重新編譯和發(fā)布的條件下擴(kuò)展程序的功能。

• 可以在不需要程序源代碼的環(huán)境下為程序增加新的功能。

• 在一個(gè)程序的業(yè)務(wù)邏輯不斷發(fā)生改變、新的規(guī)則頻頻加入時(shí)能夠靈活適應(yīng)。

實(shí)現(xiàn)插件機(jī)制一般有3種技術(shù)：基于動(dòng)態(tài)連接庫(kù)DLL的插件、基于組件對(duì)象模型COM的插件、以及基于.NET反射技術(shù)的插件。ServerSuperIO是使用.NET反射技術(shù)實(shí)現(xiàn)的插件機(jī)制。

插件式框架的宿主程序啟動(dòng)后，它首先會(huì)加載相應(yīng)的配置文件（例如：設(shè)備驅(qū)動(dòng)配置文件等），找到相應(yīng)的插件程序集，這些程序集以DLL文件格式存在，框架的宿主程序會(huì)找到指定的插件類型，由插件引擎依據(jù)插件類型（例如：IRunDevice）生成對(duì)象實(shí)例，由框架的宿主程序的管理器對(duì)插件實(shí)例進(jìn)行管理和調(diào)度。

一個(gè)插件程序集可能包括多個(gè)插件類型，那么框架宿主程序是如何識(shí)別這些類型是否為要加載的插件呢？每個(gè)插件對(duì)象都有一個(gè)身份標(biāo)識(shí)－接口，這個(gè)標(biāo)識(shí)在框架設(shè)計(jì)中被稱為“通訊契約”。接口可以被看作是一種定義了必要的方法、屬性和事件的集合，因此宿主程序就可以通過(guò)這種契約來(lái)生成具體的實(shí)例對(duì)象，并對(duì)其他組件或接口公開(kāi)可操作的對(duì)象。

插件式框架作為一個(gè)高聚合低耦合的平臺(tái)，它的功能定義與功能實(shí)現(xiàn)之間是分離的。只要符合插件規(guī)范的二次開(kāi)發(fā)組件都可以掛載到框架平臺(tái)中，而它并不關(guān)心這些組件的具體功能。當(dāng)然，框架平臺(tái)提供了一些必要的信息、機(jī)制來(lái)保證這些組件能夠正常實(shí)現(xiàn)二次開(kāi)發(fā)的功能。

在具有多個(gè)邏輯層次的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，各層之間的通信大多通過(guò)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)，接口不會(huì)輕易改變，如果一個(gè)層的功能發(fā)生變化，不會(huì)影響其他層；只要正常實(shí)現(xiàn)了接口的組件功能，那么程序的運(yùn)行就沒(méi)有問(wèn)題。這種做法使得各層之間的相互影響降低到最低，總之，接口在多業(yè)務(wù)層級(jí)中能夠更好的解耦，所以每個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)都可以有自己的業(yè)務(wù)邏輯。

可掛載的設(shè)備驅(qū)動(dòng)信息在配置文件中進(jìn)行標(biāo)注，當(dāng)掛載新的設(shè)備驅(qū)動(dòng)的時(shí)候，如增加設(shè)備，就會(huì)從這個(gè)配置組中加載信息，以便操作人員進(jìn)行選擇。設(shè)備驅(qū)動(dòng)配置信息定義如下圖：

當(dāng)調(diào)用增加設(shè)備驅(qū)動(dòng)窗體的時(shí)候會(huì)從配置文件讀取程序集信息，以完成增加設(shè)備驅(qū)動(dòng)，并且在ServerSuperIO框架下運(yùn)行。

一套驅(qū)動(dòng)同時(shí)支持多種IO鏈路

作為物聯(lián)網(wǎng)通訊框架平臺(tái)軟件，IO是核心部分之一，涉及到與硬件設(shè)備、軟件之間的信息數(shù)據(jù)交互，主要包括兩部分：IO實(shí)例與IO管理器。IO實(shí)例負(fù)責(zé)直接對(duì)串口和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行操作；IO管理器負(fù)責(zé)對(duì)IO實(shí)例進(jìn)行管理。

框架平臺(tái)一大特點(diǎn)就是開(kāi)發(fā)一套設(shè)備驅(qū)動(dòng)（插件）同時(shí)支持串口和網(wǎng)絡(luò)兩種通訊方式，而兩種通訊方式的切換只需要改動(dòng)配制文件。

不同的設(shè)備類型和協(xié)議、不同的通訊方式，用堆代碼的方式進(jìn)行開(kāi)發(fā)，根本無(wú)法適應(yīng)不同場(chǎng)景的應(yīng)用，提高了代碼的維護(hù)成本，以及修改代碼可能造成潛在的BUG，是讓人很頭疼的一件事。

在開(kāi)始設(shè)計(jì)框架平臺(tái)的時(shí)候，一個(gè)核心的思想就是把變的東西要設(shè)計(jì)靈活，把不變的東西設(shè)計(jì)穩(wěn)定。對(duì)于設(shè)備的協(xié)議就是變的東西，對(duì)于IO部分就是相對(duì)不變的東西，那就需要對(duì)串口IO和網(wǎng)絡(luò)IO進(jìn)行整合。不僅在代碼層面要運(yùn)行穩(wěn)定；在邏輯層面，不管是串口IO還是網(wǎng)絡(luò)IO在框架內(nèi)部是統(tǒng)一的接口，所有對(duì)IO的操作都會(huì)通過(guò)這個(gè)統(tǒng)一的接口來(lái)完成。

示意如下圖：

數(shù)據(jù)過(guò)濾器，解決一包多發(fā)、粘包、冗余數(shù)據(jù)

（1）一包多發(fā)及解決

多包發(fā)送數(shù)據(jù)是應(yīng)用環(huán)境中的一種情況或一個(gè)問(wèn)題，并不是我們會(huì)這樣實(shí)際應(yīng)用，而是說(shuō)在接收過(guò)程中多次接收數(shù)據(jù)才能完整接收客戶端一次發(fā)送的數(shù)據(jù)，可能由于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境或發(fā)送數(shù)據(jù)端造成的，示意如下圖：

例如實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的完整包為：55 AA 00 61 43 7A 00 00 43 B4 15 0D。那么接收數(shù)據(jù)的時(shí)候，第一次接收到：55 AA 00 61 43 7A 00 00 43 B4 15，第二次接到：0D。按通訊協(xié)議應(yīng)該能夠把這兩次接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)拼接，形成完整的數(shù)據(jù)并進(jìn)行解析2。

（2）粘包及解決

在通訊領(lǐng)域中是經(jīng)常會(huì)遇到的問(wèn)題。也就是多包數(shù)據(jù)一次性的接收，那么就要合理的進(jìn)行拆包。還有一種情況，就是多包半的數(shù)據(jù)一次性的接收，那半包的數(shù)據(jù)結(jié)合“1.一包多發(fā)及解決”來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，示意如下圖：

（3）冗余數(shù)據(jù)的出現(xiàn)及解決

受電纜或環(huán)境的電磁干擾，以及接頭虛接等，這種情況極有可能出現(xiàn)。如果干擾的冗余數(shù)據(jù)夾雜在一個(gè)協(xié)議包中間，那么校驗(yàn)出合法的數(shù)據(jù)很困難。如果干擾的冗余數(shù)據(jù)夾雜在兩個(gè)協(xié)議包中間，那么就可以通過(guò)協(xié)議過(guò)濾來(lái)實(shí)現(xiàn)識(shí)別出有用的數(shù)據(jù)。示意如下圖：

綜合解決上述問(wèn)題，ServerSuperIO支持5種數(shù)據(jù)過(guò)濾器：

• FixedEndReceiveFliter：固定結(jié)尾的協(xié)議過(guò)濾器。

• FixedHeadAndEndReceiveFliter：固定開(kāi)頭和結(jié)尾的協(xié)議過(guò)濾器。

• FixedHeadAndLengthReceiveFliter：固定開(kāi)頭和長(zhǎng)度的協(xié)議過(guò)濾器。

• FixedHeadReceiveFliter：固定開(kāi)頭的協(xié)議過(guò)濾器。

• FixedLengthReceiveFliter：固定長(zhǎng)度的協(xié)議過(guò)濾器。

這5個(gè)過(guò)濾器都繼承自IReceiveFilter接口，也可以繼承這個(gè)接口進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，定制自己的協(xié)議過(guò)濾器。代碼工程如下圖：

傳感器之間、傳感器與云端的交互

物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)中數(shù)據(jù)采集是基礎(chǔ)，進(jìn)行控制是目的，這是兩個(gè)根本要素。在采集設(shè)備數(shù)據(jù)的時(shí)候，如果該設(shè)備的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，那么是否存在其他設(shè)備要進(jìn)行聯(lián)動(dòng)？也就是說(shuō)一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)異常之后，要對(duì)其他某個(gè)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，以達(dá)到避免出現(xiàn)更大危險(xiǎn)的情況。

那么不僅要對(duì)某個(gè)設(shè)備進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，還要對(duì)控制的結(jié)果進(jìn)行反饋給出現(xiàn)異常的設(shè)備。形成異常、聯(lián)動(dòng)、控制、反饋的閉環(huán)，以達(dá)到監(jiān)測(cè)與控制共同作用的目的。

如果單單是采集硬件的數(shù)據(jù)與控制，也只能算是本地的系統(tǒng)，但是在物聯(lián)網(wǎng)和集成系統(tǒng)建設(shè)中，必須形成體系化、網(wǎng)絡(luò)化框架。所以ServerSuperIO在采集本范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息與控制外，還要形成與上一級(jí)的ServerSuperIO進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，以及接收下一級(jí)的ServerSuperIO的交互數(shù)據(jù)，那么ServerSuperIO之間就形成了級(jí)聯(lián)的關(guān)系，主要完成兩大職責(zé)：數(shù)據(jù)的級(jí)聯(lián)上傳和反向控制，進(jìn)而對(duì)設(shè)備本身進(jìn)行級(jí)聯(lián)控制。

結(jié)構(gòu)示意圖如下：

（1）傳感器之間的交互、控制

采集與控制單個(gè)設(shè)備，在實(shí)際應(yīng)用中還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還要能夠設(shè)備與設(shè)備之間進(jìn)行信息傳遞與控制，并且返回給發(fā)送控制源設(shè)備確認(rèn)信息。例如：在監(jiān)測(cè)流量計(jì)嚴(yán)重報(bào)警的情況下，是否應(yīng)該調(diào)節(jié)或控制液體源頭的閥門(mén)。類似的例子很多。

ServerSuperIO支持設(shè)備向另一個(gè)設(shè)備發(fā)起傳遞信息和控制后，被控制設(shè)備是否立即返回確認(rèn)信息，還是自主異步?jīng)Q定返回確認(rèn)信息。增加了異步返回確認(rèn)信息的功能，因?yàn)榭刂泼钪皇前l(fā)給了另一個(gè)設(shè)備驅(qū)動(dòng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)還會(huì)進(jìn)一步與實(shí)際的硬件設(shè)備進(jìn)行交互，與實(shí)現(xiàn)硬件交互成功后，再返回確認(rèn)信息給發(fā)起的源設(shè)備驅(qū)動(dòng)。

示意圖如下：

（2）傳感器與云端的交互、控制

ServerSuperIO提供了服務(wù)驅(qū)動(dòng)的接口，一些除設(shè)備驅(qū)動(dòng)類的功能以外，都可以以服務(wù)驅(qū)動(dòng)的方式存在，例如：多設(shè)備采集的數(shù)據(jù)的融合模型計(jì)算、與其他平臺(tái)或上層進(jìn)行交互等等，在此僅以與服務(wù)端進(jìn)行交互為實(shí)例進(jìn)行介紹。與設(shè)備驅(qū)動(dòng)之間的交互與控制不同的是，設(shè)備驅(qū)動(dòng)主動(dòng)把采集的數(shù)據(jù)信息傳遞給服務(wù)驅(qū)動(dòng)，服務(wù)驅(qū)動(dòng)與云端進(jìn)行交互，在接收云端指令后，發(fā)起傳遞信息或控制設(shè)備驅(qū)動(dòng)，設(shè)備驅(qū)動(dòng)再返回確認(rèn)信息給服務(wù)驅(qū)動(dòng)。

示意圖如下：

與OPC Server的對(duì)接

OPC(OLE for Process Control, 用于過(guò)程控制的OLE)是一個(gè)工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，基于微軟的OLE(現(xiàn)在的Active X)、COM （部件對(duì)象模型）和DCOM （分布式部件對(duì)象模型）技術(shù)。OPC包括一整套接口、屬性和方法的標(biāo)準(zhǔn)集。用于世界上所有主要的自動(dòng)化控制系統(tǒng)、儀器儀表及過(guò)程控制系統(tǒng)的公司。

ServerSuperIO通過(guò)加載的設(shè)備驅(qū)動(dòng)以網(wǎng)口或串口為通訊鏈路實(shí)時(shí)與硬件傳感器交互、采集數(shù)據(jù)信息，設(shè)備驅(qū)動(dòng)采集到硬件傳感器的數(shù)據(jù)信息之后立即傳遞給OPC Server，OPC Server的數(shù)據(jù)發(fā)生變化后，在OPC Client能夠立即做出響應(yīng)，這樣更能體現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性，避免OPC Server定時(shí)讀取數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息而造成延遲，也不能及時(shí)反應(yīng)數(shù)據(jù)變化的真實(shí)性。

結(jié)構(gòu)示意如下圖：

運(yùn)行“ServerSuperIO.Tool.exe”工具，單擊【標(biāo)簽配置】菜單，把掛載的可運(yùn)行設(shè)備驅(qū)動(dòng)的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)接口的屬性映射成Tag標(biāo)簽。啟動(dòng)程序后，OPC客戶端就可以實(shí)時(shí)讀取到數(shù)據(jù)信息。如下圖：

配置標(biāo)簽

OPC客戶端讀取數(shù)據(jù)

與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的對(duì)接

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是開(kāi)發(fā)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等的后臺(tái)支撐軟件。大量使用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行控制系統(tǒng)監(jiān)控，系統(tǒng)先進(jìn)控制和優(yōu)化控制，并為企業(yè)的生產(chǎn)管理和調(diào)度、數(shù)據(jù)分析、決策支持及遠(yuǎn)程在線瀏覽提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)和多種數(shù)據(jù)管理功能。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)已經(jīng)成為企業(yè)信息化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)，可直接實(shí)時(shí)采集、獲取企業(yè)運(yùn)行過(guò)程中的各種數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)化為對(duì)各類業(yè)務(wù)有效的公共信息，滿足企業(yè)生產(chǎn)管理、企業(yè)過(guò)程監(jiān)控、企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理之間對(duì)實(shí)時(shí)信息完整性、一致性、安全共享的需求，可為企業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)與管理信息系統(tǒng)間建立起信息溝通的橋梁。

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的一個(gè)重要特性就是實(shí)時(shí)性，包括數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性和事務(wù)實(shí)時(shí)性。數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性是現(xiàn)場(chǎng)IO數(shù)據(jù)的更新周期，不能不考慮數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。一般數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性主要受現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的制約，特別是對(duì)于一些比較老的系統(tǒng)而言，情況更是這樣。事務(wù)實(shí)時(shí)性是指數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)其事務(wù)處理的速度。它可以是事件觸發(fā)方式或定時(shí)觸發(fā)方式。事件觸發(fā)是該事件一旦發(fā)生可以立刻獲得調(diào)度，這類事件可以得到立即處理，但是比較消耗系統(tǒng)資源；定時(shí)觸發(fā)是在一定時(shí)間范圍內(nèi)獲得調(diào)度權(quán)。

系統(tǒng)框架示意如下圖：

ServerSuperIO 作為物聯(lián)網(wǎng)通訊框架，是系統(tǒng)體系化建設(shè)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，同時(shí)也需要后臺(tái)持久化服務(wù)的支持。實(shí)時(shí)采集傳感器的點(diǎn)數(shù)據(jù)，用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)采集點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)序存儲(chǔ)是最理想的。

通過(guò)持久化接口進(jìn)行存儲(chǔ)操作，接口示意如下圖：

結(jié)構(gòu)示意如下圖：

結(jié)束語(yǔ)

最近科技日?qǐng)?bào)發(fā)表文章《離開(kāi)高檔工業(yè)軟件，“中國(guó)制造2025”只是夢(mèng)想》，文章強(qiáng)調(diào)：“一硬、一軟、一網(wǎng)、一臺(tái)是制造業(yè)的‘新四基’。工業(yè)和信息化部副部長(zhǎng)懷進(jìn)鵬如此解釋：‘硬’是指自動(dòng)控制和感知硬件；’軟’是指工業(yè)核心軟件；‘網(wǎng)’是指工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)；‘平臺(tái)’是指工業(yè)云和智能服務(wù)平臺(tái)。而在新的模式下，軟件成為重要的生產(chǎn)要素；在中國(guó)，工業(yè)軟件的機(jī)會(huì)和挑戰(zhàn)并存。2015 年，中國(guó)軟件業(yè)人均收入 14.1 萬(wàn)元，僅次于金融行業(yè)的 14.2 萬(wàn)元。軟件從業(yè)人員 547 萬(wàn)人，創(chuàng)造了 4.9 萬(wàn)億元產(chǎn)值; 但是在所有軟件人員里面，工業(yè)軟件從業(yè)人員比例極低；我們大部分大學(xué)，變成國(guó)外軟件培訓(xùn)基地，這一點(diǎn)非常悲哀?！?/p>

ServerSuperIO 從一開(kāi)始雛形到現(xiàn)在不斷的迭代、完善，已經(jīng)有 6 年多的時(shí)間。對(duì)于軟件從業(yè)人員來(lái)講，還是要沉下心來(lái)。